机械手结构教材

1、机械手整体结构的分析和设计http:/什么是机械手？机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置，它是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。模仿人的手和臂及一些特定的动作功能，按固定程序搬运物件或操纵工具的一种装置。机械手主要由手部、运动机构和控制系统三部分组成。http:/常见机械手的几种结构类型http:/A.直角坐标机器手结构 直角坐标机器手的空间运动是用三个相互垂直的直线运动来实现的。由于直线运动易于实现全闭环的位置控制，所以，直角坐标机器手有可能达到很高的位置精度（m级）。但是，这种直角坐标机器手的运动空间相对机器手的结构尺寸来讲，是比较小的。因

2、此，为了实现一定的运动空间，直角坐标机器手的结构尺寸要比其他类型的机器手的结构尺寸大得多。B.圆柱坐标机器手结构 圆柱坐标机器手的空间运动是用一个回转运动及两个直线运动来实现的，这种机器手构造比较简单，精度还可以，常用于搬运作业。其工作空间是一个圆柱状的空间。C.球坐标机器手结构 球坐标机器手的空间运动是由两个回转运动和一个直线运动来实现的，这种机器手结构简单、成本较低，但精度不很高。主要应用于搬运作业。其工作空间是一个类球形的空间。D.关节型机器手结构 关节型机器手的空间运动是由三个回转运动实现的,关节型机器手动作灵活，结构紧凑，占地面积小。相对机器手本体尺寸，其工作空间比较大。http:/

3、针对具体零件选用的机械手结构类型 假设要求搬运的加工工件的质量30KG，且长度达500MM，考虑在满足系统工艺要求的前提下，尽量简化结构，以减小成本、提高可靠度。该机械手在工作中需要3种运动,其中手臂的伸缩和立柱升降为两个直线运动,另一个为手臂的回转运动,综合考虑，机械手自由度数目取为3，即一个转动自由度两个移动自由度。即圆柱坐标形式机械手，其结构特点是:结构比较简单,手臂运动范围大,且有较高的定位准确度。http:/圆柱形式机械手工作布局图http:/机械手各部分分析和设计机械手腰座结构分析和具体采用方案机械手手臂的结构分析和具体采用方案机器手腕部结构分析和具体采用方案4.机械手手爪的结构分

4、析和具体采用方案http:/机械手腰座结构的分析机械手腰座结构的设计要求分析1.腰座要有足够大的安装基面，以保证机器手在工作时整体安装的稳定性。2.腰座要承受机器手全部的重量和载荷，因此，机器手的基座和腰部轴及轴承的结构要有足够大的强度和刚度，以保证其承载能力。3.机器手的腰座是机器手的第一个回转关节，它对机器手末端的运动精度影响最大。4.腰部的回转运动要有相应的驱动装置，它包括驱动器。驱动装置一般都带有速度与位置传感器，以及制动器。5.腰部结构要便于安装、调整。6.为了减轻机器手运动部分的惯量，提高机器手的控制精度，一般腰部回转运动部分的壳体是由比重较小的铝合金材料制成，而不运动的基座是用铸

5、铁或铸钢材料制成。http:/机械手腰座结构的具体采用方案 腰座回转的驱动形式要么是电机通过减速机构来实现，要么是通过摆动液压缸或液压马达来实现，目前的趋势是用前者。因为电动方式控制的精度能够很高，而且结构紧凑，不用设计另外的液压系统及其辅助元件。考虑到腰座是机器手的第一个回转关节，对机械手的最终精度影响大，故采用电机驱动来实现腰部的回转运动。一般电机都不能直接驱动，考虑到转速以及扭矩的具体要求，采用大传动比的齿轮传动系统进行减速和扭矩的放大。http:/机械手手臂的结构分析1.应尽可能使机器手手臂各关节轴相互平行；相互垂直的轴应尽可能相交于一点。2.机器手手臂的结构尺寸应满足机器手工作空间的

6、要求。工作空间的形状和大小与机器手手臂的长度，手臂关节的转动范围有密切的关系。3.机器手手臂末端工作空间并没有考虑机器手手腕的空间姿态要求，如果对机器手手腕的姿态提出具体的要求，则其手臂末端可实现的空间要小于上述没有考虑手腕姿态的工作空间。http:/机械手手臂结构的具体采用方案机械手的垂直手臂（大臂）升降和水平手臂（小臂）的伸缩运动都为直线运动。直线运动的实现一般是气动传动，液压传动以及电动机驱动滚珠丝杠来实现。考虑到搬运工件的重量较大，考虑加工工件的质量达30KG，属中型重量，同时考虑到机械手的动态性能及运动的稳定性，安全性，对手臂的刚度有较高的要求。综合考虑，两手臂的驱动均选择液压驱动方

7、式，通过液压缸的直接驱动，液压缸既是驱动元件，又是执行运动件，不用再设计另外的执行件了；而且液压缸实现直线运动，控制简单，易于实现计算机的控制。http:/机械手腕部的结构分析1.机器手手腕的自由度数，应根据作业需要来设计。机器手手腕自由度数目愈多，各关节的运动角度愈大，则机器手腕部的灵活性愈高，机器手对对作业的适应能力也愈强。2.机器手手腕要与末端执行器相联，因此，要有标准的联接法兰，结构上要便于装卸末端执行器。4.机器手的手腕机构要有足够的强度和刚度，以保证力与运动的传递。3.要设有可靠的传动间隙调整机构，以减小空回间隙，提高传动精度。http:/机械手腕部具体采用方案 考虑数控机床加工的

8、具体形式及对机械手上下料作业时的具体要求，在满足系统工艺要求的前提下提高安全和可靠性，为使机械手的结构尽量简单，降低控制的难度，本设计手腕不增加自由度，实践证明这是完全能满足作业要求的，3个自由度来实现机床的上下料完全足够。水平液压缸支承板手臂手爪联结梁执行手爪http:/机械手手爪的结构分析1.机器手末端执行器是根据机器手作业要求来设计的。2.机器手末端执行器的重量、被抓取物体的重量及操作力的总和机器手容许的负荷力。因此，要求机器手末端执行器体积小、重量轻、结构紧凑。3.机器手末端执行器的万能性与专用性是矛盾的。4.机器手末端执行器要便于安装和维修，易于实现计算机控制。http:/机器手手爪

9、的典型结构1.楔块杠杆式手爪 利用楔块与杠杆来实现手爪的松、开，来实现抓取工件。2.滑槽式手爪 当活塞向前运动时，滑槽通过销子推动手爪合并，产生夹紧动作和夹紧力，当活塞向后运动时，手爪松开。这种手爪开合行程较大，适应抓取大小不同的物体。3.连杆杠杆式手爪 这种手爪在活塞的推力下，连杆和杠杆使手爪产生夹紧（放松）运动，由于杠杆的力放大作用，这种手爪有可能产生较大的夹紧力。通常与弹簧联合使用。4.齿轮齿条式手爪 手爪通过活塞推动齿条，齿条带动齿轮旋转，产生手爪的夹紧与松开动作。5.平行杠杆式手爪 采用平行四边形机构，因此不需要导轨就可以保证手爪的两手指保持平行运动，比带有导轨的平行移动手爪的摩擦力要小很多。http:/机械手手爪具体采用方案 结合具体的工作情况，本设计采用连杆杠杆式的手爪。驱动活塞往复移动，通过活塞杆端部齿条，中间齿条及扇形齿条使手指张开或闭合。手指的最小开度由加工工件的直径来调定。本设计按照工件的直径为50mm来设计。http:/整体结构示意图http:/各部件驱动方式的分析和选择机械手腰部的旋转运动需要一定的定位控制精度，故采用步进电机驱动来实现。机械手手臂部分因为采用液压执行缸来做水平手臂和垂直手臂，故大小臂均采用液压驱动；同